KR101225168B1 - 액화천연가스 화물창의 단열구조 및 이를 구비한 선박 - Google Patents

액화천연가스 화물창의 단열구조 및 이를 구비한 선박 Download PDF

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Abstract

액화천연가스 화물창의 단열구조 및 이를 구비한 선박이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 액화천연가스 화물창의 단열구조는 액화천연가스 화물창의 단열구조로서, 하면이 상기 액화천연가스 화물창의 내벽에 부착되며 상부 모서리에 모따기부가 형성되는 복수의 하부 단열패널과, 모따기부를 커버하여 모따기부 상부에 내부공간이 형성되도록 하부 단열패널의 상면과 측면에 부착되는 메탈시트, 서로 인접하는 하부 단열패널의 내부공간 외측에 배치된 상기 메탈시트에 양단이 각각 용접되는 메탈스트립을 포함한다.

Description

액화천연가스 화물창의 단열구조 및 이를 구비한 선박{INSULATION STRUCTURE OF LNG CARGO TANK AND SHIP HAVING THE SAME}
본 발명은 액화천연가스 화물창의 단열구조 및 이를 구비한 선박에 관한 것이다.
수소, 산소, 천연가스 등과 같은 물질을 대량으로 저장 및 수송하기 위하여 저온액화 방법이 주로 사용된다. 특히, 액화천연가스(LNG)와 같은 극저온의 액화가스를 저장 및 수송하기 위해서는, 단열용기의 단열성능이 매우 중요하다.
단열용기의 설계에 있어서, 외부로부터의 열 전달에 의한 액화가스의 비등을 방지하는 단열기술과 액화가스의 누출을 방지하는 누출방지기술은 중요하다.
특히, 액화천연가스는 대기압 보다 높은 증기압을 가지며 대략 -163℃ 정도의 비등 온도를 갖기 때문에, 이러한 액화천연가스를 안전하게 보관하고 저장하는 화물창은 초저온에 견딜 수 있는 재료, 예를 들면 알루미늄강, 스테인리스강, 35% 니켈강 등으로 제작되며, 기타 열응력 및 열수축에 강하고 열침입을 막을 수 있는 단열 구조로 설계되어야 했다.
여기서, 먼저 종래의 액화천연가스 화물창의 단열구조를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 기술에 따른 액화천연가스운반선의 화물창의 단열구조를 도시한 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 액화천연가스운반선의 화물창(1) 내벽에 설치된 에폭시 매스틱(13:Epoxy Mastic)과 스터드 볼트(14:Stud Bolt)에 의해 하부 단열패널(10:Insulation Panel)이 고정판(10a)을 매개로 하여 부착 고정된다.
하부 단열패널(10)의 상측에는 상부 단열패널(20)이 배치되고, 하부 단열패널(10) 및 상부 단열패널(20) 사이에는 리지드 트리플렉스(22:Rigid Triplex)가 개재된다.
이렇게 하부 단열패널(10)과 상부 단열패널(20)이 부착된 리지드 트리플렉스(22)는, 미리 공장에서 제조되어 화물창 내부에 공급되며, 화물창의 2차 방벽을 구성하게 된다.
그리고 이들 하부 단열패널(10)과 상부 단열패널(20) 등의 단열패널을 화물창 벽에 부착시킬 때에는, 인접한 하부 단열패널(10)들 사이에 글라스 울(Glass Wool)재질의 플랫 조인트(18:Flat Joint)가 삽입될 수 있도록 갭(40), 즉 공간을 두고 부착시킨다.
이후, 상부 단열 패널(20) 사이에 탑 브리지 패널(28:Top Bridge Panel)을 부착시키는데, 이때 기존에 부착되어 있는 리지드 트리플렉스(22) 상에 에폭시 글루 또는 폴리우레탄 글루와 같은 접착제(24)를 이용하여 서플 트리플렉스(26:Supple Triplex)를 부착시키고, 그 위에 다시 접착제(24)를 이용하여 탑 브리지 패널(28)을 부착시킨다.
그리고 상부 단열패널(20)과 탑 브리지 패널(28)의 상부는 동일 평면을 갖게 되고, 이러한 동일 평면상에 1차 방벽으로 다수의 주름이 형성된 코러게이티드 멤브레인(30:Corrugated Membrane)이 부착되어 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조가 완성된다.
그러나, 종래와 같이 하부 단열패널(10)과 상부 단열패널(20)이 폼(form)과 같은 단열재로만 구성되는 경우, 열팽창계수(CTE, coefficient of thermal expansion)에 의해 저온 조건에서 상당량의 수축 변위가 발생하게 된다.
이로 인해, 하부 단열패널(10)과 상부 단열패널(20) 사이에 설치되는 2차 방벽, 즉 리지드 트리플렉스(22)에 열수축 변위가 인가되며, 2차 방벽에도 과도한 변형량 혹은 열응력이 발생하게 된다.
이에 따라, 2차 방벽의 기밀성이 시간에 따라 성능이 저하되는 문제가 발생하게 된다. 이를 극복하기 위해, 2차 방벽의 성능 향상을 위해 2차 방벽을 금속판으로 대체하는 기술이 개발되고 있다.
그런데, 2차 방벽을 금속판으로 구성하는 경우, 금속판 간의 용접을 수행하는 과정에서, 접합부의 기밀성을 확보하는데 상당한 시공상의 주의를 필요로 하는 문제가 있다.
본 발명의 실시예들은 2차 방벽의 기밀성을 높임과 동시에 작업성을 향상시키고 시공기간을 단축시킬 수 있는 액화천연가스 화물창의 단열구조 및 이를 구비한 선박을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액화천연가스 화물창의 단열구조로서, 하면이 상기 액화천연가스 화물창의 내벽에 부착되며, 상부 모서리에 모따기부가 형성되는 복수의 하부 단열패널과; 상기 모따기부를 커버하여 상기 모따기부 상부에 내부공간이 형성되도록 상기 하부 단열패널의 상면과 측면에 부착되는 메탈시트; 및 서로 인접하는 상기 하부 단열패널의 상기 내부공간 외측에 배치된 상기 메탈시트에, 양단이 각각 용접되는 메탈스트립을 포함하는 액화천연가스 화물창의 단열구조가 제공될 수 있다.
또한, 상기 메탈시트는 상기 하부 단열패널의 상면에서 상기 하부 단열패널의 측면으로 직각으로 절곡될 수 있다.
또한, 서로 인접한 상기 하부 단열패널의 사이를 충진하도록 상기 서로 인접한 상기 하부 단열패널의 사이에 삽입되는 플랫조인트를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 메탈스트립에는 길이 방향으로 주름부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 주름부는, 상기 액화천연가스 화물창의 내벽을 향하여 오목하게 절곡될 수 있다.
상기 복수의 하부 단열패널은 십자형의 교차구간이 형성되도록 격자상으로 배치되어 있으며, 상기 메탈스트립은, 상기 십자형 교차구간을 커버하도록 십자 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 액화천연가스 화물창을 포함하고, 상기 액화천연가스 화물창은 상기의 액화천연가스 화물창의 단열구조를 가지는 것을 특징으로 선박이 제공된다.
본 발명의 실시예들은 메탈시트에 메탈스트립을 용접함으로써 기밀성 및 작업성을 향상시킬 수 있으면서, 시공시간을 단축시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 액화천연가스 화물창의 단열구조를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화천연가스 화물창의 단열구조를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화천연가스 화물창의 단열구조의 메탈스트립을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화천연가스 화물창의 단열구조의 교차구간에 구비되는 메탈스트립을 도시한 도면.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 액화천연가스 화물창의 단열구조의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화천연가스 화물창의 단열구조를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화천연가스 화물창의 단열구조의 메탈스트립을 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화천연가스 화물창의 단열구조의 교차구간에 구비되는 메탈스트립을 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 액화천연가스 화물창의 단열구조(100)는 하부 단열패널(120), 메탈시트(130), 메탈스트립(140) 및 플랫조인트(150)를 포함한다.
하부 단열패널(120)은 그 하면이 액화천연가스 화물창(1)의 내벽에 부착된다. 본 실시예에서는, 하부 단열패널(120)의 하부에 구비되는 고정판(110)을 관통하는 스터드 볼트(14:Stud Bolt)의 일단부에 너트를 체결하고 화물창(1)의 내벽에 설치된 에폭시 매스틱(13:Epoxy Mastic)을 이용함으로써, 하부 단열패널(120)을 화물창(1) 내벽에 부착할 수 있다.
하부 단열패널(120)의 상부 모서리에 모따기부(121)가 형성된다. 모따기부(121)는 서로 이웃한 하부 단열패널(120)이 마주한 면에 형성된다.
일 예로, 하부 단열패널(120)에 하부 단열패널(120)이 이웃하여 둘러지는 경우, 즉 하부 단열패널(120)이 격자상 복수로 배치되는 경우, 하부 단열패널(120)은 이웃한 하부 단열패널(120)과 마주하는 모서리에 모따기부(121)가 형성된다. 이러한 경우, 사각형상의 하부 단열패널(120)의 네 모서리에 모따기부(121)가 형성된다.
이와 달리, 하부 단열패널(120)의 일 측에만 이웃하여 하부 단열패널(120)이 형성되는 경우, 모따기부(121)는 이웃한 하부 단열패널(120)이 구비된 일측에만 형성될 수 있다.
모따기부(121)는 박스 형태의 하부 단열패널(120)의 상부 모서리를 절단하여 형성하거나 모서리가 깎인 형상이 되도록 성형할 수 있다. 모따기부(121)는 하부 단열패널(120)의 상부에서 측부를 가로지르는 직선 형상을 가질 수 있다.
본 실시예에서는 사각형의 하부 단열패널(120)의 상부에서 측부를 가로지르는 직선 형상의 모따기부(121)를 일예로 설명 및 도시하였으나 이와 달리 곡선 또는 물결 등 다양한 변형예가 가능하다.
메탈시트(130)는 모따기부(121)를 커버하여 모따기부(121) 상부에 내부공간이 형성되도록 하부 단열패널(120)의 상면과 측면에 부착된다.
메탈시트(130)는 하부 단열패널(120)의 상면에서 하부 단열패널(120)의 측면으로 직각으로 절곡될 수 있다. 모따기부(121)가 하부 단열패널의 상부에서 측부를 가로지르는 직선 형상일 경우, 모따기부(121)의 상부에 형성되는 공간은 단면이 삼각형인 가상의 삼각주를 이룰 수 있다.
메탈시트(130)는 금속박막으로서, 하부 단열패널(120)의 상면에서 모따기부(121)를 커버하도록 측면으로 연장되게 구비되어 액화천연가스 화물창(1)의 단열구조의 방벽을 형성한다. 메탈시트(130)는 접착제에 의해 하부 단열패널(120)의 상면에 접합하는 등의 방법으로 설치될 수 있다.
메탈시트(130)는 평편하고 얇은 스테인리스 강, 알루미늄 합금, 인바 합금과 같은 금속재질로 이루어질 수 있다.
메탈스트립(140)은 서로 인접하는 하부 단열패널(120)의 메탈시트(130)의 내부공간 외측에 양단(141)이 각각 용접된다. 이로써, 메탈스트립(140)은 서로 인접한 메탈시트(130)를 연결한다. 이와 같이, 메탈시트(130)와 메탈스트립(140)이 용접으로 접합됨으로써 서로 이웃한 하부 단열패널(120) 사이의 기밀성이 유지될 수 있다.
메탈스트립(140)은 서로 인접한 메탈시트(130)를 연결하도록 메탈시트(130)의 단부를 따라 길게 연장된(다시 말해, 모따기부(121)의 배치형태에 대응되는 형태로 연장된) 띠 형상으로서, 메탈스트립(140)에서 폭방향의 양단부(141) 즉, 띠 형상의 양측부는 모따기부(121)의 상부에 배치되어, 메탈스트립(140)의 양단을 따라 용접된다. 이 때, 메탈스트립(140)의 양단부는 모따기부(121)의 경계선에서 모따기부(121)의 중심측으로 쏠려 형성될 수 있다.
메탈스트립(140)의 양단부(141)는 메탈시트(130)가 모따기부(121)를 커버하여 연장형성된 영역(133)을 피해서 모따기부(121)의 상부 내부공간의 외측 영역(131)에 용접된다.
이는 하부 단열패널(120)로 용접열이 전달되는 것을 방지하기 위함이다. 이로써, 용접열에 의해 하부 단열패널(120)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
띠 형상의 메탈스트립(140)은 시공의 간편성을 위해 메탈시트(130)의 상부면에 배치되어 용접될 수 있다.
본 실시예에서는 메탈스트립(140)이 띠 형상을 이루었으나 이와 달리, 메탈스트립(140) 폭방향의 양단부(141)가 하부로 절곡되어 단면이 'ㄷ'자가 세워진 형상을 이루고, 메탈스트립의 절곡된 측면이 메탈시트(130)의 절곡된 측면에 용접될 수도 있다.
이와 같이, 모따기부(121)의 상부에 메탈시트(130)가 내부공간을 형성하도록 형성되어, 메탈시트(130)에 메탈스트립(140)을 용접하면서 발생되는 용접열이 하부 단열패널(120)에 직접 전달되는 것이 차단될 수 있도록 한다.
일 예로, 앞서 설명한 바와 같이, 하부 단열패널(120)이 격자상 복수로 배치되는 경우, 인접하는 4개의 하부 단열패널(120)의 사이에는 십자 형상의 교차구간 즉, 십자 형상의 틈새가 형성된다. 그리고, 사각형상의 하부 단열패널(120)의 네 모서리에 모따기부(121)가 형성된다. 이 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 기밀성을 위해 서로 이웃한 하부 단열패널(120)사이의 교차구간에 십자 형상의 메탈스트립(140')이 형성될 수 있다.
십자 형상의 메탈스트립(140')은 띠 형상의 메탈스트립(140)의 상부에 배치되어 십자 형상의 메탈스트립(140')의 폭방향의 양단(141')이 메탈스트립(140)에 용접될 수 있다.
게다가, 메탈스트립(140)에는 길이 방향으로 주름부(143)가 형성된다. 이는 십자 형상의 메탈스트립(140')에도 동일하게 주름부(143')가 형성될 수 있다.
주름부(143)는 메탈스트립(140)에 가해지는 열수축 변위를 흡수하는 역할을 한다. 즉, 주름부(143)는 열에 의한 팽창 및 수축을 흡수함으로써 메탈스트립(140)의 열변형에 의한 기밀성 저하를 방지할 수 있다.
주름부(143)는 액화천연가스 화물창(1)의 내벽을 향하여 오목하게 절곡된다. 메탈스트립(140)의 상부에는 탑 브리지 패널(160)이 배치되므로 공간의 활용을 위해, 주름부(143)는 플랫조인트(150)를 향하여 오목하게 절곡될 수 있다.
주름부(143)는 그 단부가 뾰족하게 형성되거나 둥글게 형성되는 등 그 형상은 다양하다.
플랫조인트(150)는 서로 인접한 하부 단열패널(120)의 사이를 충진하도록 서로 인접한 하부 단열패널(120)의 사이에 삽입될 수 있다. 주름부(143)가 오목하게 형성되는 경우, 플랫조인트(150)는 주름부(143)를 수용하기 위해 플랫조인트(150) 양측의 하부 단열패널(120)의 높이보다 낮게 형성될 수 있다.
또한, 하부 단열패널(120)의 상측에는 상부 단열패널(170)이 배치된다. 상부 단열패널(170)은 메탈시트(130)의 상면에 접합될 수 있다. 하부 단열패널(120)과 상부 단열패널(170)은 동일 유사한 단열 판재로서 폴리우레탄 소재의 단열재로 형성될 수 있다.
또한, 상부 단열 패널(170) 사이에 탑 브리지 패널(Top Bridge Panel; 160)이 구비될 수 있는데, 메탈시트(130) 위에 접착제를 이용하여 탑 브리지 패널(160)을 부착시킬 수 있다. 이 때, 메탈스트립(140) 위에도 접착제를 도포하여 탑 브리지 패널(160)을 더욱 단단히 부착시킬 수 있다.
탑 브리지 패널(160)은, 상부 단열패널(170)과 같은 폴리우레탄 소재의 단열재로 형성될 수 있으며, 인접하여 배치되는 두 상부 단열패널(170) 사이에 형성되는 빈 공간을 충진한다.
그리고 상부 단열패널(170)과 탑 브리지 패널(160)의 상부는 동일 평면을 갖게 되고, 이러한 동일 평면상에 1차 방벽으로 다수의 주름이 형성된 코러게이티드 멤브레인(Corrugated Membrane; 180)이 부착되어 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조가 완성될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 액화천연가스 화물창의 단열구조는, 액화천연가스 화물창을 구비한 다양한 종류의 선박에 적용될 수 있다. 액화천연가스 화물창을 포함하는 선박이 상술한 액화천연가스 화물창의 단열구조를 가짐으로써, 액화천연가스 화물창의 기밀성 및 작업성을 향상시킬 수 있다.
여기서, "선박"이라는 용어는 수상을 항해하는 구조물을 의미하는 것으로 한정되지 않으며, 수상을 항해하는 구조물뿐만 아니라 수상에서 부유하며 작업을 수행하는 FLNG와 같은 해상 구조물을 포함하는 것으로 사용된다. 본 실시형태의 선박은 예를 들어, LNGC 또는 FLNG일 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 따른 액화천연가스 화물창의 단열구조에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
100: 액화천연가스 화물창의 단열구조
120: 하부 단열패널
121: 모따기부
130: 메탈시트
140, 140': 메탈스트립

Claims (7)

  1. 액화천연가스 화물창의 단열구조로서,
    하면이 상기 액화천연가스 화물창의 내벽에 부착되며, 상부 모서리에 모따기부가 형성되는 복수의 하부 단열패널과;
    상기 모따기부를 커버하여 상기 모따기부 상부에 내부공간이 형성되도록 상기 하부 단열패널의 상면과 측면에 부착되는 메탈시트; 및
    서로 인접하는 상기 하부 단열패널의 상기 내부공간 외측에 배치된 상기 메탈시트에, 양단이 각각 용접되는 메탈스트립을 포함하는 액화천연가스 화물창의 단열구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메탈시트는 상기 하부 단열패널의 상면에서 상기 하부 단열패널의 측면으로 직각으로 절곡되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 화물창의 단열구조.
  3. 제1항에 있어서,
    서로 인접한 상기 하부 단열패널의 사이를 충진하도록 상기 서로 인접한 상기 하부 단열패널의 사이에 삽입되는 플랫조인트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 화물창의 단열구조.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 메탈스트립에는 길이 방향으로 주름부가 형성되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 화물창의 단열구조.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 주름부는,
    상기 액화천연가스 화물창의 내벽을 향하여 오목하게 절곡되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 화물창의 단열구조.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 하부 단열패널은 십자형의 교차구간이 형성되도록 격자상으로 배치되어 있으며,
    상기 메탈스트립은, 상기 십자형 교차구간을 커버하도록 십자 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 화물창의 단열구조.
  7. 액화천연가스 화물창을 포함하고,
    상기 액화천연가스 화물창은, 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 액화천연가스 화물창의 단열구조를 구비한 것을 특징으로 선박.
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